周 洋，陳永強

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津 300457)

0 引 言

變壓器是目前電力系統(tǒng)中大量使用到的設(shè)備，一般需要為其安裝縱聯(lián)差動繼電保護器，縱聯(lián)差動保護一般用來保護變壓器線圈及引出線上發(fā)生的相間短路和大電流接地系統(tǒng)中的單相接地短路。對于變壓器線圈的匝間短路等內(nèi)部故障，通?？梢杂米骱髠浔Ｗo。本文主要對某海洋石油生產(chǎn)平臺一起電力變壓器差動保護故障原因進行了分析，希望可以為相關(guān)工作人員提供一定的參考。

1 故障現(xiàn)象

1.1 電網(wǎng)運行基本狀況

海上石油平臺供電系統(tǒng)采用IT系統(tǒng)，如圖1所示，其相關(guān)設(shè)備參數(shù)如下：1號變壓器額定變比為35 kV/6.3 kV，額定容量2 500 kVA，接線組別 DY11，阻抗百分數(shù)7%，此變壓器縱聯(lián)差動保護的保護CT(35 kV高壓側(cè))額定變比為100∶1，差動CT(6.3 kV低壓側(cè))額定變比為600∶1，均為星型連接；6號變壓器額定變比為0.4 kV/2 kV，額定容量315 kVA，接線組別DY11，阻抗百分數(shù)6%，此時電網(wǎng)潮流有功功率為738 kW，無功功率為227 kVA。

1.2 故障現(xiàn)象

當合閘ACB6開關(guān)對6號變壓器一次側(cè)進行送電時，導(dǎo)致1號斷路器VCB1開關(guān)保護動作分閘(變壓器35/6.3 kV一次側(cè)開關(guān))，引發(fā)失電。通過調(diào)取VB1開關(guān)柜繼電保護器相關(guān)記錄及報警信息進行確認，確定為差動保護動作。從報警信息中顯示差動電流A相：0.64 Iref(Iref為基準電流，取變壓器低壓二次側(cè)額定電流)，B和C相均為0 Iref；制動電流A相：1.041 Iref，B相為0.311 Iref，C相為0.307 Iref。其數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 VB1開關(guān)柜跳閘時繼電保護器相關(guān)記錄Tab.1 Relay protector record when tripping of VB1 switchgear

根據(jù)電網(wǎng)在線檢測數(shù)據(jù)顯示，跳閘前1號變壓器高壓側(cè)實際運行電流為三相電流均為14 A，低壓側(cè)實際運行電流均為84 A；但繼電保護器監(jiān)測到的高壓側(cè)運行數(shù)據(jù)為A相電流5 A，B相及C相電流為14 A，低壓側(cè)運行與實際運行電流相符；二次側(cè)差動電流為A相0.244 Iref、B相0.008 Iref、C相0.005 Iref，二次側(cè)制動電流為A相0.235 Iref、B相0.345 Iref、C相0.368 Iref，見表2。

表2 VB1開關(guān)柜跳閘前相關(guān)記錄Tab.2 Relevant records before tripping of VB1 switchgear

2 故障分析

2.1 故障初步分析

當合閘ACB6開關(guān)對6號變壓器一次側(cè)進行送電時，引發(fā)越級跳閘，導(dǎo)致1號斷路器VCB1開關(guān)差動保護分閘。本次事故看似是由于空載6號變壓器導(dǎo)致停電，但是由于VCB1開關(guān)柜差動保護的對象為1號變壓器，6號變壓器不在差動保護范圍內(nèi)，即對6號變壓器一次側(cè)進行送電應(yīng)該不會引起VCB1開關(guān)柜差動保護動作，另外對6號變壓器進行送電，引發(fā)VCB1開關(guān)動作，跳躍4級分閘也不太合理，所以單純從6號變壓器存在問題考慮此次停電事故較為片面，應(yīng)首先從VB1開關(guān)柜差動保護跳閘原因進行分析。

根據(jù)VB1開關(guān)柜繼電保護器報警記錄及實際工況進行初步分析，跳閘前繼電保護器測量的變壓器高壓側(cè)運行電流與實際運行不一致，且繼電保護器顯示的A相差動電流、制動電流存在明顯異常；跳閘時繼電保護器顯示的A相差動電流、制動電流同樣存在異常。針對此種情況，初步懷疑故障如下：

①1號變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，引發(fā)差動保護跳閘；

②A相高壓二次側(cè)線路存在故障，導(dǎo)致繼電器無法檢測真實運行電流，從而引起繼電器檢測電流與實際運行數(shù)據(jù)不一致；

③A相高壓側(cè)CT出現(xiàn)故障，導(dǎo)致繼電器無法檢測真實運行電流，從而引起繼電器檢測電流與實際運行數(shù)據(jù)不一致；

④繼電保護器出現(xiàn)運算錯誤，導(dǎo)致A相差動電流、制動電流計算值存在異常；

⑤繼電保護器的保護整定可能存在問題，導(dǎo)致誤動作。

根據(jù)以上5個方面進行問題分析、現(xiàn)場檢查追溯問題所在：

①將1號變壓器進行電氣隔離，對1號變壓器外觀、繞組直流電阻、繞組絕緣電阻、吸收比、交流耐壓試驗、合閘沖擊試驗進行檢查，但并未發(fā)現(xiàn)異常情況。

②對A相高壓側(cè)二次回路進行檢查，發(fā)現(xiàn)二次回路CT出線與地線被短接片短接，導(dǎo)致其二次側(cè)接地故障。由于該生產(chǎn)平臺采用IT供電系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地后，故障電流為容性電流。根據(jù)相關(guān)公式可以算出流出A相高壓側(cè)二次回路電流為0.14 A，接地故障電流為0.09 A，流入繼電保護器電流為0.05 A，通過繼電保護器換算成A相一次側(cè)電流為5 A，與高壓側(cè)實際運行電流14 A有差異，表明繼電保護器測量的高壓側(cè)電流與高壓側(cè)實際運行電流不符是由于二次側(cè)接地故障所致。

接地故障電流計算公式：

式中：S為電纜芯線的標稱截面，mm2；Ur為線路額定線電壓，kV；L為線路長度，km；Ic為接地電容電流，A。

VCB1開關(guān)柜1 A相高壓側(cè)二次回路接線圖和故障點如圖2所示。

③對VCB1開關(guān)柜A相CT進行檢查，也未發(fā)現(xiàn)問題。

④根據(jù)繼電保護器檢測到的運行電流數(shù)據(jù)及相關(guān)計算公式分析，A相差動電流、制動電流計算數(shù)據(jù)與繼電保護器記錄信息一致，表明繼電保護器不存在運算問題。

差動電流計算公式：

式中：Id為互感器二次側(cè)差動電流，A；Ires為互感器二次側(cè)制動電流，A；Im為高壓側(cè)互感器二次電流，A；In為低壓側(cè)互感器二次電流，A。

結(jié)合變壓器縱聯(lián)差動保護整定國家相關(guān)規(guī)范計算要求及電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，進行跳閘可能性分析，其整定曲線如圖3所示。

各項數(shù)據(jù)結(jié)合整定結(jié)果相對比，可以得出跳閘前三相電流均在保護整定的不動作區(qū)域，不會引起差動保護跳閘；跳閘時A相處于動作區(qū)，引發(fā)差動保護分閘，故VB1開關(guān)柜差動保護整定也不存在問題。

2.2 深度原因分析

根據(jù)此前研究分析可以得出，由于VCB1開關(guān)柜A相高壓側(cè)二次回路發(fā)生了接地故障及受到實際工況因素影響，使差動電流值變大，但沒有達到跳閘條件，未引起差動保護跳閘，但空載合閘6號變壓器時發(fā)生VCB1開關(guān)保護跳閘，其可能原因如下：

①由于VCB1開關(guān)柜A相高壓側(cè)二次回路發(fā)生了接地故障，使差動電流值接近于繼電保護動作電流整定限值，當空載合閘6號變壓器時，由于6號變壓器產(chǎn)生勵磁涌流及諧波影響，其產(chǎn)生的勵磁涌流最大可達變壓器額定的電流8～10倍，并且?guī)в泻艽蟮母叽沃C波分量(主要是二次和三次諧波)，導(dǎo)致1號變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號開關(guān)柜VB1差動故障跳閘。

②當空載合閘6號變壓器時，變壓器發(fā)生匝間短路，且VCB1出線各級斷路器整定缺陷均無法保護跳閘，導(dǎo)致1號變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號開關(guān)柜VB1差動故障跳閘。

③當空載合閘6號變壓器時，變壓器發(fā)生相間短路，且VCB1出現(xiàn)各級斷路器整定缺陷均無法保護跳閘，導(dǎo)致1號變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號開關(guān)柜VB1差動故障跳閘。

針對上述情況進行問題排查，對變壓器絕緣、直阻進行測量及耐壓試驗測試，均未發(fā)現(xiàn)異常狀況，對各級VCB6整定值進行排查，也未發(fā)現(xiàn)整定缺陷，可見原因①是引起越級跳閘的主要原因。

3 結(jié)論及警示

1號變壓器A相縱聯(lián)差動電流互感器二次側(cè)出線由于被短接片短接，存在錯誤接線，導(dǎo)致該相發(fā)生接地故障，雖然并未跳閘，但使差動電流值接近于繼電保護動作電流整定限值；當空載合閘6號變壓器時，由于6號變壓器產(chǎn)生勵磁涌流諧波的影響，導(dǎo)致1號變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號開關(guān)柜VB1差動故障跳閘。

對此次保護跳閘事件進行剖析的啟示：故障排查時應(yīng)當更多地注意海上平臺供電系統(tǒng)的特殊性，結(jié)合對報警數(shù)據(jù)的深入分析，才能找出問題癥結(jié)所在?！?/p>